液压与气压传动课件第1章5-8节

四、压力的传递 由静力学基本方程可知，静止液体中任意一点的压力都包含了液面上 的压力p。这说明在密闭容器中，由外力作用所产生的压力可以等值地传递 到液体内所有各点。这就是帕斯卡原理，或称静压力传递原理。 在液压传动系统中，通常由外力产生的压力要 比液体自重产生的压力大得多。因此，常把液体自 重产生的压力忽略式不计，则液体内部各点的压力 处处相等。 液压系统压力的形成。 小液压缸中液体的压力为р1=F1/A1 大液压缸中液体的压力为р2=w/A2 根据帕斯卡原理,则有p1 =р2，W= A2F1/A1
活塞的面积比A2/A1越大，输出的力w越大。 由р2=W/ A2 可知，若重力W=o，则р2=o。根据帕斯卡原理，这时р1必 须为零，F1力施加不上去，即负载为零时系统建立不起压力。这说明， 液压系统中的压力取决于负载。 五、静止液体对容器壁面上的作用力 静止液体和固体壁面相接触时，固体壁面上各点在某一方向上所受液 体静压作用力的总和便是液体在该方向上作用于固体壁面上的力。其大小 等于液体的静压力和承压表面在该方向的投影面积的乘积。
式中 p1为油箱液面的压力，一般油箱液面与大气接 触，p1=pa；v2为液 压泵吸油口的速度，一般取吸油 管流速，v1为油箱液面流速，由于v1 <<v2，故 v1可忽略 不计；p2为泵吸油口处的绝对压力；hwg为单位质量液 体的能量损失。
pa
p2
hg
2v
2 2
2
ghw
液压泵吸油口处的真空度为
采取措施减小液压冲击。
四、动量方程
动量方程可用来计算流动液体作用于限制其流动固体壁面上的总作 用力。
F q2v2 q1v1
应用时可根据问题的具体情况，向指定方向投影，列出该指定方向上的 动量方程，从而求出作用在液体上的力在该方向上的分量，由于固体壁面 作用在液体上的力与液体作用于固体壁面上的力大小相等，方向相反，故 即可求得流动液体对固体壁面的作用力。
于是有q=vA，故平均流速为：
v
q A
在液压缸中，液体的流速与活塞的运动速度相同，由此可见，当液压 缸的有效面积一定时，活塞的运动速度取决于输入液压缸的流量
3．流动状态 英国物理学家雷诺通过大量实验，发现了液体在管路中流动时有两种流
动状态:层流和紊流。 如图1-11所示，在层流时，液体质点沿管路作直线运动，互不干扰，没
1)液体静压力的方向总是承压面的内法线方向。
2)静止液体内任一点的液体静压力在各个方向上都相等。
二、压力的表示方法及其单位
压力的表示方法有两种，一种是以绝对真空 (零压力)为基准测量的压
力，称为绝对压力;另一种是以大气压力为基准测量的压力，称为相对压
力。由于大多数测压仪表所测量的压力都是相对压力，故相对压力也称
第五节 液体静力学基础
一、液体的静压力及其特性 液体的静压力就是液体单位面积上所受到的法向作用力，在物理学 中称为压强，在工程实际中习惯上称为压力。
p
F A
式中 p——液体压力（Pa）；
F——法向作用力（N）；
A——承压面积（m2）。
由于液体质点间的内聚力很小，不能受拉，只能受压，所以液体的
静压力具有两个重要的特性:
液压冲击，在液压系统中，由于某种原因引起液体压力在瞬间急剧 升高，形成很大的压力峰值，这种现象，称为液压冲击。
液压冲击的危害，液压冲击产生的压力峰值常常比正常压力要大好 几倍，同时会产生噪音与振动，严重时会损坏液压元件和密封装置等等， 有时还会使某些液压元件（如压力继电器、顺序阀）产生误动作，影响 系统的正常工作。
1）选取适当的截面作为基准平面。 2）在缓变流动处选取两个计算截面。 3）按流动方向列伯努利方程。 4）若未知数的数量多于方程数，列辅助方程联合求解。 例1-1 计算液压泵吸油腔的真空度或液压泵 允许的最大吸油高度。
解 如图 1-13所示，设液压泵的吸油口比油箱 液面高h ，取油箱液面 1-1 和液压泵进口处截面 2-2 列伯 努利方程，并取截面 1-1为基准平面，则有
p
32lv d2
整理得
q
d4 128l
p
液体紊流流动时，惯性力起主导作用，黏性力已不能约束它，此时
的能量损失比层流流动时的能量损失大得多。因此，在液压系统中应尽可 能使液体在管路中作层流运动。
二、局部压力损失 液体经过局部障碍处，由于液流的方向和速度突然变化，在局部形成
旋涡引起液压油质点间以及质点与固体壁面间互相碰撞和剧烈摩擦而产生 压力损失，因为液体的流动现象是十分复杂的。
A----曲面的投影面积；d----曲面的投影直径
第六节 液体动力学基础
一、基本概念 1．理想液体和稳定流动 实际液体具有黏性，也具有压缩性。为了分析问题方便，我们把既无黏 性又无压缩性的液体称为理想液体。 液体流动时，若液体中任意一点的压力、速度和密度都不随时间而变
化，则这样的流动称为稳定流动，如果在压力、速度和密度中有一个量随时 间而变化，则称为不稳定流动。
2．体积流量和平均流速 体积流量和平均流速是描述液体流动的两个主要参数。液体在管道中流 动时，垂直于液体流动方向的截面积称为通流截面，或称过流断面。 单位时间内通过某过流断面的液体的体积，称为 体积流量（简称流量）。流量的常用代号为q，单位 为m3 /s，实际中常用的单位为L/min或mL/s。 在实际中，由于液体在管道中流动时的速度分布规 律为抛物面,如图所示。为了便于计算，假设过流断面 上的流速v是均匀分布的，流过断面A的流量等于液体实 际流过该断面的流量。流速v称为过流断面上的平均流 速，以后所指的流速，除特别指出外，均按平均流速来 处理。
流动液体的连续性方程为：
v1A1 v2A2 q
说明液体在管路中作稳定流动时，单位时间内通过任何过流断面的流 量都是相等的，液流的流速与过流断面的面积成反比。因此，流量一定时， 管路细的地方流速大，管路粗的地方流速小。
三、伯努利方程
l．理想液体的伯努利方程 伯努利方程就是能量守恒定律在流动液体中的表现形式，理想液体没有 黏性，在管内作稳定流动时没有能量损失，具有位置势能、压力能和动能 三种形式的能量。如图1-12所示，根据能量守恒定律，在任一截面上的这 三种能量都可以互相转换，但其和都保持不变。即
实际液体的伯努利方程，表明了流动液体各质点的位置、压力和速
度之间的关系。当管道水平放置或位置高低的影响都很小时，液体的流
速越高，压力就越低。如在一粗细不等的管道中。过流断面小的部位液
体的流速较高，液体的压力就较低；反之，过流断面大的部位液体的流 速较低，液体的压力就较高。
实际液体的伯努利方程的应用：
为表压力。
当绝对压力低于大气压时，习惯上称 为具有真空，而绝对压力不足于大气压力 的那部分压力值，称为真空度。绝对压力、 相对压力、真空度的关系如图1-6所示。
压力的单位是Pa（N/m2），由于此单 位太小，在工程上常用kPa、Mpa。它们之 间的关系是： lMPa= kPa= Pa。
三、液体静力学基本方程式
由上式可以看出，减少压力损失的措施
有横向运动，即液体作分层流动，各层间的液体互不混杂。
在紊流时，液体质点除了沿管路运动外，还有横向运动，呈紊乱混杂
状态。
图1-11
液体流态的判别：可通过雷诺数 Re 来判断。
二、流动液体的连续性方程
在一般情况下，液体的可压缩性很小，可认为是不可压缩的，即密 度ρ为常数。液体又是连续的，不可能有空隙存在。因此，液体在管路中 作稳定流动时，根据质量守恒定律可知，管内流动液体的质量不会增多 也不会减少，故在单位时间内流过管路某个截面的液体质量必然相等。 如图1-12所示。
在液压传动中，管路一般都不长，而控制阀、弯头、管接头等的局
部阻力则较大，沿程压力损失比起局部压力损失来是比较小的。因此， 大多数情况下总的压力损失只计算局部压力损失和长管的沿程损失。
压力损失过大，将使功率损耗增加，油液发热，泄漏增加，效率降
低，液压系统性能变坏。研究压力损失的目的是为了正确估算压力损失 的大小和找出减少压力损失的途径。
pa p2
gh
2v22
2
ghw
gh
2v
2 2
2
p
由此可知 液压泵吸油口的真空度由三部分组成:(1)把油液提升到一定
高度 h所需的压力；（2）产生一定流速所需的压力；（3）吸油管内的压
力损失。液压泵形成真空度的能 力，表示泵自吸性能的好坏，但液压泵吸
油口真空度不能太大，即泵吸油口处的绝对压力不 能太低，否则就会产生
上式为理想液体的伯努利方程，它 表明了流动液体各质点的位置、压力和 速度之间的关系。
2．实际液体的伯努利方程 实际液体具有黏性，在过流断面上各 点的速度是不同的，另外，由于液体有黏性，会产生内摩擦力，因而造成 能量损失。若单位重量的实际液体从一个截面流到另一截面的能量损失用 hw表示，则实际液体的伯努利方程为
第七节 液体流动中的压力损失
实际液体具有黏性，在流动时就有阻力，为了克服阻力，就必须要消 耗能量，这样就有能量损失。在液压传动中，能量损失主要表现为压力损 失，液压系统中的压力损失分为两类，一类是由液压油沿等径直管流动时 所产生的压力损失，称为沿程压力损失。另一类是液压油流经局部障碍 (如弯管、接头、管截面突然扩大或收缩)时的压力损失，称为局部压力损 失。
局部压力损失一般由试验求得，可用下式计算
p
v 22Βιβλιοθήκη 对于液流通过各种阀时的局部压力损失，可由阀的产品目录中直接查 得或查得公称流量 下的压力损失 。若实际通过阀的流量q 不是公称流量 时，且压力损失又是与流量有关的阀类元件，如换向阀、过滤器等，则压 力损失可按下式计算
p pn(qqn )2
三、管路中的总压力损失 液压系统的管路通常由若干段管道组成，其中每一段又串联诸如弯 头、控制阀、管接头等形成的局部阻力装置，因此管路系统总的压力损失 等于直管中的沿程压力损失 及所有局部压力损失 的总和。即